KR100279108B1 - 금속이온을이용한수중미생물제거방법및장치 - Google Patents

금속이온을이용한수중미생물제거방법및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 냉각수의 순환계통이나 물의 정수처리 과정에서 별도의 화학약품의 투입없이 수중에 번식하는 각종 미생물, 이끼 및 세균류를 제거할 수 있는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단은 수처리 계통 또는 냉각사이클 계통 상에 금속이온을 발생시키기 위해 마련된 금속이온 공급루프와, 2종의 금속전극으로 구성되어서 상기 금속이온 공급루프 상에 설치되는 이온 발생기와, 상기 이온 발생기에 전류를 가변 온/오프율로 공급하며 극성 스위칭 공급하는 전류 스위칭 출력부와, 물속의 전도율을 체크하는 전도도 센서와, 물 공급라인 상으로의 유입 유량에 따른 펄스를 발생하는 마그네틱 유량계와, 상기 유량계의 펄스출력과 전도도 센서의 출력에 따라 이온 발생량을 조절하기 위해 이온 발생용 금속전극에 전류를 공급하는 전류스위칭 출력부의 단속 인터벌 시간 및 극성의 절환을 제어하며 이러한 과정을 통해 시간당 발생시킨 이온의 량을 기초로하여 공급수에 함유될 적정 이온농도를 일정하게 유지 시키는 제어프로그램을 가지는 콘트롤러를 포함한다.

Description

금속이온을 이용한 수중 미생물 제거방법 및 장치
본 발명은 냉각수의 순환계통이나 물의 정수처리 과정에서 별도의 화학약품의 투입없이 수중에 번식하는 각종 미생물, 이끼 및 세균류를 제거할 수 있는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거방법 및 장치에 관한 것이다.
빌딩의 냉방시설이나 화학공장 등의 냉각공정에는 열교환을 위한 냉각수 순환 시스템이 요구된다.
이러한 냉각수 순환 시스템에서는 냉각탑 순환 냉각수중에 쉽게 미생물이나 이끼 및 세균이 번식하게 되어 공정이나 환경보건에 악영향을 미치게 될 뿐만아니라 냉각효율을 떨어뜨려 에너지효율을 반감시킨다.
지금까지는 상기의 냉각시스템의 냉각수 순환계통 뿐만아니라 수영장이나 상수도처리장과 같이 대규모 수처리계통에서 수중에 번식하는 미생물이나 이끼 등을 제거하기 위해 화학약품을 이용하여 왔다.
통상 화학 살균제로 염소계열의 약품을 수처리장에 투입하게 되는데, 시간이 경과함에 따라 미생물이나 세균들의 내성이 커지기 때문에 살균제의 투입량을 증가시켜야 하고 이러한 염소계열의 살균제 투입량 증가는 비용증가는 물론 금속으로된 물 공급라인 부식을 급속히 증가시켜 또다른 문제를 가져온다.
또한 염소화학적 살균법은 호기성의 일부 미생물만 선택적으로 살균할뿐이므로 바이러스, 레지오네라, 철산화 박테리아, 황산 박테리아 등에 대하여는 살균력이 미미하여 효과적인 살균이 이루어지지않게 되며, 취급자의 건강 및 안전성에도 악영향을 미치게 된다.
특히 냉각사이클에서 염소계열의 화학약품으로 살균처리된 냉각수를 폐기하는 경우 유기염화물이 형성되어 이것이 지하수로 유입되게 되고 이는 다시 직,간접적으로 인체에 유입되게 되는데, 이러한 유기염화물은 인체내에서 분해되지 못하고 누적되게 된다. 또 유기염화물은 식수에서의 악취, 수영장에서의 수영복 탈색, 머리카락 탈색, 눈 따가움 등의 부작용을 초래한다.
본 발명의 목적은 냉각수의 순환계통이나 식수의 수처리 과정에서 전기 금속이온 발생 기법을 이용하여 급수배관의 부식이나 환경오염을 초래하는 별도의 화학약품의 투입없이 수중에 번식하는 각종 미생물, 이끼 및 세균류를 효과적으로 제거할 수 있는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명 장치를 냉각수처리 사이클에 적용시킨 일실시예의 개략적인 계통도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 이온 발생장치의 측단면 구조도이다.
도 3은 본 발명에 이용되는 이온 발생장치의 평면 구조도이다.
도 4는 본 발명에 이용되는 이온 발생전극의 확대 단면 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이온발생장치에서의 가스제거상태 설명도이다.
도 6은 본 발명에 이용되는 이온 발생전극의 확대 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 이온 발생전극의 조립상태 설명도이다.
도 8은 본 발명의 금속이온수 공급루프의 계통도이다.
도 9는 본 발명에 따른 금속이온 발생장치의 콘트롤러의 블록 구성도이다.
도 10은 본 발명 이온발생장치의 다른 실시예인 개방형 이온발생장치의 구조 설명도이다.
도 11은 본 발명에 따른 상기 개방형 이온발생장치의 측단면 구조도이다.
도 12는 본 발명에 따른 상기 개방형 이온발생장치의 설치상태 설명도이다.
도 13은 본 발명에 따른 개방형 이온발생장치에서의 개스 및 침적물 제거장치의 구조 설명도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
30 : 냉각탑 32 : 열교환기
34 : 팬 36 : PH센서
38 : TDS센서 40 : 유량계
42 : 펌프 44 : 자동역세필터
46 : 물탱크 48 : 수위센서
50 : 펌프 52 : 스테빌라이저
54 : 이온발생기 56 : 콘트롤러
58 : 케이블 60 : 전극
62 : 고무링 64 : 찌거기배출구
66 : 입구 68 : 출구
70 : 가스제거구 72 : 손잡이
74 : 고정코크 76 : 전극캡
78 : 터미널 80 : 클램프
82 : 클램프손잡이 84 : 고정너트
86 : 전극전사볼트 88 : 발생가스
90 : 전극홀 92 : 플로우스위치
94 : 유량계 96 : 3웨이밸브
98 : 가스밸브 100 : 스트레이너
102 : CPU 104 : OSC
106 : 주파수드라이버 108 : 전류스위칭출력부
110 : 은전극 112 : 동전극
114 : 스위치부 116 : 전도도검출부
118 : 증폭부 120 : 디스플레이
122 : 드라이버 124 : 드라이버
126 : 통신인터페이스 128 : 가스제거수류발생기
130 : 물흡입라인 132 : 워터제트노즐
134 : 전극 136 : 워터제트공급라인
138 : 전극지지대 140 : 워터제트발생기
142 : 작업대 144 : 전극고정대
146 : 작업자사다리 148 : 워터제트흡입구
150 : 고압펌프 및 타이머 152 : 기어
154 : 기어
상기 목적을 달성하는 본 발명 기술적 구성수단은 수처리 계통 또는 냉각사이클 계통 상에 금속이온을 발생시키기 위해 마련된 금속이온 공급루프와, 2종의 금속전극으로 구성되어서 상기 금속이온 공급루프 상에 설치되는 이온 발생기와, 상기 이온 발생기에 전류를 가변 온/오프율로 공급하며 극성 스위칭 공급하는 전류 스위칭 출력부와, 물속의 전도율을 체크하는 전도도센서와, 물 공급라인 상으로의 유입 유량에 따른 펄스를 발생하는 마그네틱 유량계와, 상기 유량계의 펄스출력과 전도도 센서의 출력에 따라 이온 발생량을 조절하기 위해 이온 발생용 금속전극에 전류를 공급하는 전류스위칭 출력부의 단속 인터벌 시간 및 극성의 절환을 제어하며 이러한 과정을 통해 시간당 발생시킨 이온의 량을 기초로하여 공급수에 함유될 적정 이온농도를 일정하게 유지 시키는 제어프로그램을 가지는 콘트롤러를 포함한다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 장치를 냉각 사이클에 적용시킨 일 실시예의 개략적인 구성도로써, 여기에서 참고되는 바와 같이 본 발명 장치는 냉각수 순환루프와 이온수 공급 루프로 이루어져 있다.
냉각수 순환 루프를 보면, 냉각효율을 증가시키기 위해 팬(34) 및 다층구조를 가지는 냉각탑(30)에서 냉각처리 된 냉각수는 그의 하부에서 수집되어 열교환기(32)측으로 공급되게 설치하고 상기 열교환기를 거치면서 온도가 상승된 순환수는 다시 냉각탑(30)의 상부로 피드백되어 순환 회수 냉각되게 설치한다.
이온수 공급루프를 보면, 상기 냉각탑(30)의 하부에서 제1펌프(42)에 의해 흡입된 냉각 순환수의 일부는 자동역세필터(44)를 거쳐 물탱크(46)에 저장되게 설치하고, 상기 물탱크에 저장된 물은 제2펌프(50)에 의해 펌핑되어 스테빌라이저(52)를 통하여 이온 발생기(54)에 공급되게 설치하고, 상기 이온발생기에서 발생된 가스는 상기의 제2펌프측으로 회수되게 하고 상기 이온 발생기에서 만들어진 이온수는 냉각탑(30)으로 환수되게 설치한다.
또한 냉각탑(30)에는 보충수가 유량계(40)를 거쳐 공급되게 설치하고 냉각탑 내부에는 PH센서(36)와 TDS센서(38)을 설치한다.
상기 PH센서(36) 및 TDS센서(38)의 검출신호와 수위센서(48)의 수위감지 신호와 유량계(40)에 의한 공급수의 유입량 감지신호와 이온 발생기의 두 금속전극간 전도도 검출신호는 콘트롤러(56)측에 시스템 제어정보로 제공되게 연결하고 이들 각종 정보에 따라 결정된 값으로 상기 이온 발생기(54)의 각 금속전극에 이온화 전류를 공급하게 구성한다.
도 2는 본 발명 장치의 이온 발생기(54)의 폐쇄형에 대한 설명을 위한 측단면 구조도로써, 이온화 시킬 물의 입구(66)측과 이온화된 물의 출구(70)측에는 각각 찌거기 배출구(64)와 가스 제거구(70)가 인접배치되며, 각각의 전극(60)마다 기밀을 위한 고무링(62)과 손잡이(72)와 케이블(58)을 접속시키기 위한 고정코크(74)가 마련된 것을 보이고 있다.
도 3은 폐쇄형 이온 발생기의 평면구조도로써, 전극의 캡(76) 상에 마련된 고정너트(84)와 고정코크(74)에 의해서 콘트롤러에 접속된 케이블(58)의 터미널(78)이 고정되고 있으며, 상기 전극캡(76)은 클램프에 의해 고정되어 있는 상태를 보여주고 있다.
도 4는 이온 발생전극의 확대 단면 구조도로써, 고정코크(74)에 의해 케이블(58)의 터미널(78)이 접속전사볼트(86)에 접속되는 구조와 상기 접속전사볼트(86)와 전극(60)과의 접속구조를 구체적으로 나타내고 있으며, 전극캡(76)이 클램프(80) 및 클램프 손잡이(82)에 의해 어떻게 압착고정되고 있는가를 나타내고 있다.
도 5는 이온 발생기에서 발생되는 가스의 제거상태를 나타낸 도면으로써, 금속 이온화 과정에서 발생되는 기포가스는 이온 발생기의 이온수 출구의 상측으로 마련된 가스제거구(70)를 통하여 배출됨을 나타내고 있다.
도 6은 이온 발생기의 전극의 분해 사시도로써, 이온발생기에서의 누수를 방지하기 위해 전극(60)에 접속된 접속전사볼트(86) 둘레와 전극캡(76) 중간 둘레에 고무링(62)이 설치되는 것을 나타내고 있다.
도 7은 이온 발생기의 전극조립 상태를 설명하는 도면으로써, 이온 발생기에 마련된 연속적인 전극홀(90)에 그의 상측으로부터 전극캡(76)을 사이에 두고 전극(60)과 케이블(58)이 접속된 전극몸체를 삽입고정하는 과정을 설명하고 있다. 여기에서 전극캡(76)둘레에 삽입되는 고무링(62)에 의해 이온발생기 내부의 물이 누출되는 것이 방지된다.
도 8은 본 발명장치의 이온수 공급루프의 계통도이다.
여기에서 참고되는 바와 같이, 냉각탑 또는 저수조로부터의 물이 스트레이너(100)를 거쳐 제1 펌프(42)에 의해 펌핑되어 자동역세 필터(44)측에 공급되게 설치한다.
자동역세필터(44)는 3웨이 자체세척 및 입력수 필터링 과정을 수행하여 수위센서(48)가 설치된 물탱크(46)에 물을 공급하게 구성한다.
상기 물탱크의 물은 다시 제2펌프(50)에 의해 펌핑되어 스테빌라이저(52)와 플로우스위치(92)를 거쳐 은전극 및 동전극의 연속배열로 이루어진 이온발생기(54)에 공급되게 구성하고 상기 이온발생기의 각 전극에는 입수의 이온화를 위한 전류가 콘트롤러(56)로부터 공급되게 구성한다.
상기 이온발생기에서 발생된 가스는 가스벤트(98)를 통해서 제2모터의 입측으로 피드백되게 하고 금속 이온수는 냉각탑 또는 저수조로 투입되어 기존의 물에 희석되게 설치한다.
상기 콘트롤러(56)측에는 상기 이온발생기의 은전극 및 동전극 사이에서 검지되는 전도도신호와, 냉각탑 또는 저수조내부의 수중에 설치되는 PH센서(36) 및 TDS센서(38)의 센싱신호와, 유량계(94)에 의한 펄스신호가 입력되어 처리되게 구성한다.
도 9는 콘트롤러(56)의 내부 블록구성도로써, 이온 발생기(54)의 은전극(110) 및 동전극(112)에 전류를 단속하여 공급하는 전류스위칭 출력부(108)와, 상기 전류스위칭 출력부(108)의 출력전류의 크기를 조절하고 극성 스위칭을 결정하는 전류제어부(107)와, OSC(104)의 발진주파수 출력에 따라 온/오프 간격을 조절하는 공급전류의 총화를 조절하는 드라이버(106)와, 상기 은전극(110) 및 동전극(112) 사이에 흐르는 전도값을 검출대상을 선택하는 스위치부(114) 및 선택된 전극간 전도도를 검출하는 전도도 검출부(116)와, 검출된 전도도 신호를 일정수준으로 증폭하는 증폭부(118)와, 검출된 전도도 및 전류값 등을 표시하는 디스플레이(120)와, PH센서(36), TDS센서(38), 플로우스위치(92), 수위센서(48), 유량계(94)로 부터의 각종 검출신호값에 따라 상기 전류 온/오프 단속비율 조절기능의 드라이버(106)와 전류크기 및 극성 스위칭을 결정하는 전류제어부(107)와 제1,2모터 드라이브(122,124)측에 제어값을 출력하고 통신 인터페이스(126)를 통하여 외부기기와의 데이터 접속처리를 수행하는 CPU(102)를 포함한다.
이와 같이 구성되는 본 발명 장치의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 기본 개념은 수중에 번식하는 호기성, 협기성, 통기성의 각종 미생물과 이끼류등은 특정금속 이온을 전기적인 방식을 통해 수중에 발생시키는 것으로 제거시킬 수 있다는 점에 기초하여, 은금속과 구리 금속에 직류전원을 공급하여줌으로써 물속에서 은과 구리 금속이 전해되면서 은 이온과 구리 이온으로 해리시켜 수중에 적정농도로 분산시킨다는데 있다.
구체적으로 은이온(Ag+)이 4ppb정도 물속에 존재하는 경우 어떠한 미생물도 존재할 수 없음이 이미 잘알려져 있다. 또한 구리이온(Cu-)이 50ppb 정도 존재하는 경우 어떠한 이끼류나 미생물이 형성한 미생물집단층(Microbial Slime)도 제거되는 것으로 알려져 있다.
따라서 본 발명에서는 금속의 전해과정에서 환경관리 기준한계 내에서 물속에 가장 경제적으로 살균이나 이끼제거효과를 얻을 수 있는 한계농도로 은이나 구리 이온농도를 유지시키기 위해, 금속전해를 위한 전류의 공급량이 자동조절 되도록 프로그램을 설정 함으로써 효과적이면서 지속적인 이온발생이 이루어지게 하고 있다.
도 1내지 도 8에서 참고되는 바와 같이, 폐쇄형을 예로들고있는 냉각 냉동 사이클의 냉각수의 주 순환루프와 별도로 마련되는 이온수 발생 순환 루프를 보면, 냉각탑(30)하부의 저장수는 제1펌프(42)의 작동에 의해 스트레이너(100)를 통해 3웨이 밸브(96)를 가지며 자체세척 기능의 자동역세필터(44)에 유입되어 필터링된 후 물탱크(46)에 급수된다.
물탱크(46)의 수위센서(48)는 물탱크 내의 수위 하한값과 수위 상한값 정보를 콘트롤러(56)에 보내 수위센서(48)의 검출값이 하한값이면 제2펌프(50)의 작동을 오프시키고 수위센서(48)의 검출값이 상한값이면 제1펌프(50)의 작동을 오프시키는 것으로 물탱크가 항상 일정한 수위를 유지하게 한다.
상기 제2펌프(50)에 의해 펌핑된 물은 스태빌라이저(52)에 투입된다. 이는 물속에 녹아 있는 중탄산 칼슘 또는 중탄산 마그네슘등에 의해 높아진 경도를 낮추어 단물화 함으로써 칼슘 스케일의 발생을 억제시킨다.
상기 스태빌라이저(52)를 통과한 물은 플로우 스위치(92)를 거치면서 물의 흐름 여부가 판단되어져 콘트롤러(56)측에 인가된다.
만일 플로우 스위치(92)에 의해 물 공급이 중단되었음이 인식되면 이온발생기(54)의 각전극에 투입되는 전류의 공급을 차단시킴 으로써 과도한 금속이온의 발생을 방지시킨다.
이온발생기(54)에 정상적으로 물이 공급되면 콘트롤러(56)는 전리를 위해 조절된 온/오프 간격의 펄스열 형태의 전류를 케이블을 통해 이온 발생기의 각각의 은전극과 동전극에 공급하여 수중에서 금속 이온을 발생시킨다.
금속 이온 발생기(54)는 장치내 유속을 극대화하여 산화 침적물의 전극표면 점착을 극소화하기 위해 물이 통과하는 내부통로의 단면적을 최소로 가져갈 수 있도록 사각형으로 설계되고 있으며, 금속 전해시 발생하는 수소가스가 전극표면에 방해막을 형성하여 전리도를 떨어뜨리는 부작용을 제거하기 위해 두 전극 사이의 상단에 반원형 통로를 만들고 빠른 유속의 물흐름이 발생가스를 이온 발생기 상단의 펌프 흡입부와 연결된 라인을 통하여 이온을 함유한 처리수의 손실없이 신속히 발생가스를 제거하도록 하고 있다.
전극(60)은 O형태의 고무링(62)이 장착된 원형의 전극캡(76)에 수직으로 고정되어 탈착이 용이하게 되어 있다. 상기 전극캡(76)의 둘레에 설치되는 고무링(62)은 일련의 연속하는 형태로 배열된 전극홀(90)중 하나에 쉽게 삽입시키고 뽑아낼 수 있도록 하고 또한 물이 새지 않도록 하며, 상기 전극캡(76)의 중앙부에 마련되는 반원형의 가스통로는 발생가스의 유출을 용이하게 한다.
상기 전극캡은 클램프(80)를 이용하여 본체와 긴밀히 결착시켜 놓음으로써 이온발생기의 내부압력에 의해 전극캡이 이탈될 가능성을 배제 시키고 있으며, 열변형이 적고 전성 및 연성특성이 우수한 특수합성 수지재로 만들어지고 있다.
이러한 전극구조를 가지는 금속이온 발생기를 이용한 이온 추출공정에서 발생되는 가스는 가스벤트(98)를 통하여 제2펌프(50)의 입측으로 피이드 백 되게되고 금속이온이 함유된 물은 냉갑탑 또는 수처리 대상 저수조에 투입되어 희석된다.
한편 폐쇄형인 냉각수 순환 사이클에서는 오부로부터의 급수량은 증발분 만큼의 양에 해당하는 보충수가 유량계(40)를 통하여 냉각탑에 공급되게 되는데, 보충수의 양에 따라 전류의 공급량을 조절하여 이온발생량을 적정화 시키게 된다.
금속이온 발생율을 제어하는 콘트롤러(56)는 도 9에서 참고되는 바와 같이, 여러 가지 센서들에 의해 감지되는 조건을 토대로 CPU(102)가 이온발생용 공급전류의 크기를 결정하여 주파수 드라이버(106), OSC(104), 전류제어부(107)를 통해 전류 스위칭 출력부(108)의 전류출력을 제한하게 되며, 이러한 전류의 공급에 따라 은전극(110) 및 동전극(112)사이의 해리현상에 의해 수중에 금속이온이 섞여지게 지게 된다. 또한 이때의 각 전극간 전도도가 전도도 검출부(116)에 의해 검출되어 CPU(102)측에 전송된다.
상기 OSC(104)는 CPU의 제어 출력값에 의해 발진주파수가 변화하게 되며, CPU의 발진제어 출력값은 현재의 이온발생기의 전도도 값과 유량계에 의해 얻어진 보충수의 유입량 값에 의해 산출되어 결정된다.
주파수 드라이버(106)는 상기 OSC의 발진출력주파수에 기초하는 전류의 공급시간과 차단시간(스타트/스톱)을 전류스위칭 출력부에 제공하게 되며, CPU의 제어에 따라 한 주기당 그의 전류공급시간과 전류차단시간의 비율이 정하여지게 하여 궁극적으로 단위 시간당 전극들에 공급되는 전류의 총화를 조절한다.
상기 전류제어부(107)는 전극의 (+)부분에 형성되는 산화 침적물의 제거를 위함과 동시에 전극의 소모를 균일하게 가져가기 위해 전극에 공급되는 전류의 극성을 주기적으로 전류 단속 인터벌 때마다 바꾸어 준다.
CPU(102)는 물속의 전도도를 전도도검출부를 통하여 자동검출하여 이온발생을 위한 전류의 양을 조절하기 위해 전류공급 온/오프 인터벌을 변화시켜 이온의 발생량을 조절하고, 또한 물속의 구리나 은의 이온농도를 주기적으로 측정하여 이온 발생 공급전류의 전류 공급량을 주파수 조정을 통해 조절하며, 물의 전도도가 너무 높아서 과전류가 흐르고 있는 것으로 판단되면 (예를들어 7.5A 이상)경보와 동시에 이온발생 장치의 작동을 중단시켜 과전류에 의한 사고를 예방한다.
상기 CPU에 의한 금속 이온발생 제어프로그램은 1F(96500C)의 전류가 공급되면 각 금속이 1g Mole 전해 된다는 윈리에 기초하여 시간당 이온 발생량을 산출하고 이를 전체 수처리 량에 대입시켜 구리이온은 50ppb - 100ppb , 은이온은 4ppb - 10ppb 정도의 평균농도가 유지되게 한다.
한편 폐쇄형의 경우 보충수의 공급라인상에 설치되는 마그네틱 유량계(94)는 유속에 따른 자장의 변화를 0-20mA의 전류량으로 변화시키고 이러한 전류량은 다시 저항의 설정에 따라 0-2Hz는 125-100㏀, 0-10kHz는 1㏀-100㏀의 주파수로 나타난다.
이로부터 파장(50㎲, 50㎲, 5㎳, 50㎳, 100㎳, 1s, 5s)을 설정하면 단위유량당 주파수(펄스)가 설정된다.
다음의 표 1은 유량에 따른 이온발생 시간의 설정 실험치이다.
이온발생시간(초)유량 ℓ/분 이온발생시간(초) 이온발생정지시간(초)
200 1 10
400 2 9
600 3 8
800 4 7
1000 5 6
1200 6 5
1400 7 4
1600 8 3
1800 9 2
2000 10 1
다음은 물의 전도도에 따른 이온 발생량을 이온 발생 시간으로 자동 조절하는 과정을 설명한다.
전극에서 전해되어 발생하는 이온량의 비율은 우선 전극의 표면적과 물의 전도도에 따라서 양전극간의 도전율이 변함으로써 이온의 발생량이 같이 변하게 된다. 그러므로 수중에 장착한 TDS(TOTAL DISOLVED SOLID)센서(38)에 의해 측정되는 용해성 고형분 농도값을 물속에 녹아 있는 전해질 농도(0-2000ppm)에 따라서 발생하는 전류신호(4-20mA)에 500Ω의 저항을 걸어주면 전류신호는 2-10V의 전압값으로 변환된다. 이렇게 전압값으로 변환된 신호는 콘트롤러내의 CPU(102)에서 산출처리 되어 이온발생시간으로 출력되게 된다.
다음의 표 2는 물의 전도도에 따른 이온발생 시간의 설정 실험치이다.
이온발생시간(초)물의전도도TDS(ppm) 이온발생정지시간(초) 이온발생시간(초)
200 1 10
400 2 9
600 3 8
800 4 7
1000 5 6
1200 6 5
1400 7 4
1600 8 3
1800 9 2
2000 10 1
다음은 직류전원 주파수 변조에 따른 전류의 강약을 조절하는 것을 통하여 이온 발생량을 조절하는 방법에 대해 설명한다.
수중에 존재하는 은이온이나 구리이온의 농도를 주기적으로 체크하여 용해 농도에 따라서 인위적으로 이온발생율을 조절하는 수단으로써, 이온 발생 직류전원을 공급할 때 공급 주파수를 2-200Hz로 조절하여 전류의 강약을 바꾼다.
표준용액 TDS 2000ppm 에서의 실험을 위해, 먼저 수용액에 소금을 용해시켜 TDS 2000ppm 정도로 전도도를 설정한 후, 폭 40mm, 길이 90mm, 두께 7mm의 구리전극을 14mm 간격으로 양쪽에 설치하고 직류전류를 공급하면서 주파수에 따른 전류의 변화치를 알아보았다.
이때의 주파수 변조에 따른 전류의 변화율을 표 3에 나타내었다.
전류변화주파수변화 (Hz) % 전류(A)
200 10 1
400 20 1.5
600 30 2.5
800 40 3
1000 50 4
1200 60 5
1400 70 5.5
1600 80 6.5
1800 90 7
2000 100 8
위에서 알수 있는 바와 같이, 물속의 이온농도가 전혀없을 때에는 주파수를 2000Hz로 하여 100%의 전류가 이온금속전극에 공급되게하고, 이온 농도가 목표값에 도달한후 농도가 점점 증가하는 추세에 있으면 농도의 비율대로 계산하여 주파수를 결정하면 된다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예로써, 본 발명의 기술을 대규모 정수 및 수처리설비에 적용시키기 위한 개방형 이온 발생기의 평면구조도이다.
여기에서 참고되는 바와 같이, 오픈 수로에 다수의 전극쌍의 배열로 이루어지는 일련의 전극(134)을 전극지지대(138)로 묵은 전극 어레이를 수류의 흐름에 대해 가로지르는 방향으로 여러조 연속적으로 설치하고, 이들 전극(134)에는 콘트롤러(56)으로부터 전해 전류가 병렬 접속라인을 통하여 공급되게 구성하고, 각각의 전극들간에는 이물질 제거를 위해 가스제거 수류발생기(128)로부터의 제트수류가 워터제트 공급라인(136)을 통하여 분사되게 구성하고 있다.
도 11은 개방형 이온 발생기의 측면 구조도로써,워터제트 공급라인에 연결된워터제트노즐(132)이 전극과 전극사이에 이물질제거를 위해 위치조정된 상태를 보이고 있다.
도 12는 대형 정수처리장에 설치된 개방형 이온 발생기의 개략적인 배치도로써, 전극고정대(144)에 고정된 전극(134)들 사이에 워터제트노즐(132)이 배치되고, 이 워터제트노즐(132)에는 워터제트를 공급하기 위한 워터제트 공급라인과 워터제트 흡입구(148)를 가지는 워터제트 발생기(140)가 연결되고, 이 워터제트 발생기와 작업대(142)에는 작업자가 사다리(146)를 통하여 접근할수 있음을 보이고 있다.
도 13은 개방형 이온발생기의 가스 및 침적물제거장치의 구성도로써, 고압펌프 및 타이머(150)에는 워터제트를 위한 물 흡입용 물흡입라인(130)이 마련되고, 제1,2기어로 맞물려있어 일정각도 회동하는 워터제트 공급라인(136)에는 각각 다수의 노즐이 전극간 간격으로 배치되어 있어, 타이머 및 좌우 90도 회전 수류 분사노즐에서 일정한 시간간격(예를들면 1시간)으로 강한 수류를 전극사이에 밀어넣어 이물질이 제거되게 하고 있다.
이러한 개방형 이온 발생기는 압력을 가진 물의 흐름이 아닌 수로를 따라 흐르는 개방형 풀에서 금속이온을 적정하게 발생시켜 주는 방식으로 대용량의 상수도 살균처리를 가능하게 한다.
또한 본 발명에 따른 개방형 이온 발생기는 수십내지 수백개의 전극을 동시에 설치하여 대규모 정수 및 살균시설의 구축을 가능하게 하며, 전도도가 매우 낮은 청수에서도 전극의 숫자를 무제한 증가시킬 수 있어 살균효율을 높일 수 있고, 주기적인 제트수류를 이용한 전극표면상의 침적물 제거를 통한 전극의 전도도 그대화로 금속이온화 효율을 향상시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 통상 화학 살균제로 염소계열의 약품을 수처리장에 투입함에 따른 비용증가 및 금속으로된 물 공급라인 부식을 급속히 증가시키고 냉각사이클에서 염소계열의 화학약품으로 살균처리된 냉각수를 폐기하는 경우 유기염화물이 형성되어 이것이 지하수로 유입되게 되고 이는 다시 직,간접적으로 인체에 유입되게 되어 인체내에서 분해되지 못하고 누적되게 되는 문제점을 해결함에 있어, 전기 이온화 공정에 따른 금속이온을 이용한 살균 및 수처리방식을 통하여 냉각 사이클과 같은 폐쇄형의 경우 냉각 순환수에서 발생하는 악취제거 및 각종 세균의 번식을 막을 수 있고, 급수시설과 같은 대규모 수처리설비에 적용될 수 있는 개방형의 경우 수처리 비용절감 및 환경오염문제를 원천적으로 해결할 수 있게 되는 효과가 나타나게 된다.

Claims (9)

  1. 냉각 사이클에서의 냉각수 처리 계통을 냉각수 순환루프와 금속이온수 공급 루프로 이원화시켜 냉각탑에서 합류되게 하고, 상기 금속이온수 공급루프에서는 냉각탑에서 혼합된 냉각수의 금속이온 농도가 적정율이 되도록 금속이온 발생량을 보충수에 비례하여 조절하는 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 금속이온은 각각 은 이온과 동 이온인 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 금속이온의 농도는 은 이온(Ag+)이 4ppb 정도이고, 동 이온(Cu-)이 50ppb 정도인 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거 방법.
  4. 수처리 계통 및 냉각사이클 계통에 있어서, 주 냉각수 순환처리 루프와는 별도로 금속이온을 발생시키기 위해 마련되는 금속이온수 공급루프와, 2종의 금속전극으로 구성되어서 상기 금속이온 공급루프 상에 설치되는 이온 발생기(54)와, 물속의 전도율을 체크하는 전도도센서(38)와, 보충수의 급수량에 따라 펄스신호를 발생하는 마그네틱 유량계(40)와, 상기 유량계의 펄스출력과 전도도 센서의 출력에 따라 이온 발생량을 조절하기 위해 이온발생기의 금속전극에 공급되는 직류전류의 단속 인터벌 시간 및 극성의 절환을 제어하며 이러한 과정을 통해 시간당 발생시킨 금속이온의 량을 기초로하여 공급수에 함유될 적정 이온농도를 일정하게 유지시키는 제어프로그램을 가지는 콘트롤러(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
  5. 제 4항에 있어서, 금속이온 발생기(54)는 물의 흐름방향을 따라 일련의 은전극과 동전극이 연속 교차 배열되며는 구조를 가지며 콘트롤러에서 공급되는 직류전류에 의해 수중에 금속이온을 발생하는 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
  6. 제 4항에 있어서, 콘트롤러(56)는 이온 발생기(54)의 은전극(110) 및 동전극(112)에 전류를 단속하여 공급하는 전류스위칭 출력부(108)와, 상기 전류스위칭 출력부(108)의 출력전류의 크기를 조절하고 극성 스위칭을 결정하는 전류제어부(107)와, OSC(104)의 발진주파수 출력에 따라 온/오프 간격을 조절하는 공급전류의 총화를 조절하는 드라이버(106)와, 상기 은전극(110) 및 동전극(112) 사이에 흐르는 전도값을 검출대상을 선택하는 스위치부(114) 및 선택된 전극간 전도도를 검출하는 전도도 검출부(116)와, 검출된 전도도 신호를 일정수준으로 증폭하는 증폭부(118)와, 검출된 전도도 및 전류값 등을 표시하는 디스플레이(120)와, PH센서(36), TDS센서(38), 플로우스위치(92), 수위센서(48), 유량계(94)로 부터의 각종 검출신호값에 따라 상기 전류 온/오프 단속비율 조절기능의 드라이버(106)와 전류크기 및 극성 스위칭을 결정하는 전류제어부(107)와 제1,2모터 드라이브(122,124)측에 제어값을 출력하고 통신 인터페이스(126)를 통하여 외부기기와의 데이터 접속처리를 수행하는 CPU(102)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
  7. 제 6항에 있어서, 전류 스위칭 출력부(108)의 직류전류의 제어주파수는 2-2000Hz 범위인 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
  8. 제 6항에 있어서, 마그네틱 유량계는 유속에 따른 자장의 변화를 전류값으로 읽어들여 저항값 설정에 따라 주파수 파장을 설정하여 유량 비례 펄스신호를 발생시키는 것으로 금속 이온발생기 투입용 전류공급량을 제한하게 하는 것을 특징으로 하는 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
  9. 오픈 수로에 다수의 전극쌍의 배열로 이루어지는 일련의 전극(134)을 전극지지대(138)로 묵은 전극 어레이를 수류의 흐름에 대해 가로지르는 방향으로 여러조 연속적으로 설치하고, 이들 전극(134)에는 콘트롤러(56)으로부터 금속이온수 형성을 위한 전류가 병렬 접속라인을 통하여 공급되게 구성하고, 각각의 전극들간에는 이물질 제거를 위해 가스제거 수류발생기(128)로부터의 제트수류가 워터제트 공급라인(136)상에 마련된 노즐(132)을 통하여 분사되게 구성한 것을 특징으로하는 개방형 금속이온을 이용한 수중 미생물 제거장치.
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